16. 小叶利用如图12-3-17所示的滑轮组,用200 N的拉力在20 s内将重为480 N的物体匀速提高2 m。若不计摩擦与绳重,求:
(1)动滑轮所受的重力;
(2)绳子自由端的速度;
(3)若再增加150 N重物,要使物体匀速上升,作用在绳子自由端的拉力。

16.(1)120N；(2)0.3m/s；(3)250N。
[解析](1)滑轮组承重绳子段数n=3，不计摩擦与绳重，绳子自由端的拉力$F=\frac{1}{3}(G+G_{动})$，可得动滑轮所受的重力$G_{动}=3F - G = 3×200\ \mathrm{N}-480\ \mathrm{N}=120\ \mathrm{N}$。(2)物体移动的速度$v=\frac{h}{t}=\frac{2\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{s}}=0.1\ \mathrm{m/s}$，绳子自由端移动的速度$v'=nv = 3×0.1\ \mathrm{m/s}=0.3\ \mathrm{m/s}$。(3)若重物再增加150N，要使重物匀速上升，作用在绳子自由端的拉力$F'=\frac{1}{3}(G'+G_{动})=\frac{1}{3}×(480\ \mathrm{N}+150\ \mathrm{N}+120\ \mathrm{N})=250\ \mathrm{N}$。

【分析】
首先观察滑轮组，确定承担物重的绳子段数$n=3$。
（1）对于动滑轮重力的求解，回忆不计摩擦与绳重时滑轮组的拉力公式$F=\frac{1}{3}(G+G_{动})$，通过公式变形即可求出动滑轮重力；
（2）先根据物体上升的高度和时间求出物体上升的速度，再结合绳子自由端速度与物体速度的关系$v'=nv$，计算绳子自由端的速度；
（3）先算出增加重物后的总重力，再利用滑轮组拉力公式计算此时绳子自由端的拉力。
【解析】
(1) 由图可知，滑轮组承重绳子段数$n=3$，不计摩擦与绳重，根据滑轮组拉力公式$F=\frac{1}{n}(G+G_{动})$，变形可得动滑轮所受的重力：
$G_{动}=3F - G = 3×200\ \mathrm{N}-480\ \mathrm{N}=120\ \mathrm{N}$。
(2) 物体上升的速度：
$v=\frac{h}{t}=\frac{2\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{s}}=0.1\ \mathrm{m/s}$，
绳子自由端移动的速度与物体速度的关系为$v'=nv$，则绳子自由端的速度：
$v'=3×0.1\ \mathrm{m/s}=0.3\ \mathrm{m/s}$。
(3) 增加150N重物后，物体的总重力：
$G'=480\ \mathrm{N}+150\ \mathrm{N}=630\ \mathrm{N}$，
不计摩擦与绳重，此时作用在绳子自由端的拉力：
$F'=\frac{1}{3}(G'+G_{动})=\frac{1}{3}×(630\ \mathrm{N}+120\ \mathrm{N})=250\ \mathrm{N}$。
【答案】
(1) $\boldsymbol{120\ \mathrm{N}}$；(2) $\boldsymbol{0.3\ \mathrm{m/s}}$；(3) $\boldsymbol{250\ \mathrm{N}}$
【知识点】
滑轮组拉力计算、滑轮组速度计算
【点评】
本题考查滑轮组的相关计算，关键是准确确定承担物重的绳子段数，熟练掌握不计绳重和摩擦时滑轮组的拉力公式，以及绳子自由端与物体的速度关系，注意增加重物后总重力的变化。
【难度系数】
0.7

17. 小蒲是一个爱思考问题的学生,他看到一小区正在建造的楼房地基上有起重机在不停地吊起地面上的建筑材料,于是他查阅了起重机资料,图12-3-18甲是其中某一款塔式起重机简易示意图,小蒲知道了塔式起重机主要用于房屋建筑中材料的输送及建筑构件的安装(动滑轮重、绳重及摩擦不计,$g$取$10\ \mathrm{N/kg}$)。

(1)为保持平衡,起重臂的长度越长的塔式起重机,配备的平衡重物的质量应越(选填“大”或“小”)。
(2)图12-3-18乙为起重机钢丝绳穿绳简化示意图,滑轮a是(选填“定滑轮”或“动滑轮”),若钢丝绳能承受的最大拉力为$3×10^{4}\ \mathrm{N}$,则能吊起货物的质量不能超过$\mathrm{kg}$。
(3)若将重为$1.2×10^{4}\ \mathrm{N}$的货物由地面沿竖直方向匀速提升30 m,再沿水平方向移动20 m,则此过程克服重力做功是$\mathrm{J}$,钢丝绳做功$\mathrm{J}$。
(4)换用图12-3-18丙所示的滑轮组,在需要考虑动滑轮所受重力的情形下,用5 000 N拉力F将重为8 000 N的物体在5 s时间内匀速提升了0.5 m,则该过程中拉力F所做功的功率为。

17.(1)大 (2)定滑轮 $6×10^{3}$ (3)$3.6×10^{5}$ $3.6×10^{5}$ (4)1000W　[解析](1)根据杠杆的平衡条件$G_{配重}×l_{左}=F_{右}×l_{右}$，$l_{左}$、$F_{右}$不变，$l_{右}$越长，$G_{配重}$需越大，由$m_{配重}=\frac{G_{配重}}{g}$可知，配备的平衡重物的质量应越大。(2)滑轮a轴固定不动，为定滑轮，滑轮组承重绳子段数n=2，能吊起货物所受的重力$G_{大}=nF_{大}=2×3×10^{4}\ \mathrm{N}=6×10^{4}\ \mathrm{N}$，$m_{大}=\frac{G_{大}}{g}=\frac{6×10^{4}\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}}=6×10^{3}\ \mathrm{kg}$。(3)克服重力做功$W = Gh = 1.2×10^{4}\ \mathrm{N}×30\ \mathrm{m}=3.6×10^{5}\ \mathrm{J}$；绳子自由端移动的距离$s = nh = 2×30\ \mathrm{m}=60\ \mathrm{m}$，钢丝绳的拉力$F_{绳}=\frac{1}{2}G = 6×10^{3}\ \mathrm{N}$，钢丝绳做的功$W_{绳}=F_{绳}s = 6×10^{3}\ \mathrm{N}×60\ \mathrm{m}=3.6×10^{5}\ \mathrm{J}$。(4)$n' = 2$，$s' = n'h' = 2×0.5\ \mathrm{m}=1\ \mathrm{m}$，拉力F所做的功$W' = Fs' = 5000\ \mathrm{N}×1\ \mathrm{m}=5000\ \mathrm{J}$，功率$P=\frac{W'}{t}=\frac{5000\ \mathrm{J}}{5\ \mathrm{s}}=1000\ \mathrm{W}$。

【分析】
1. 第(1)问：将塔式起重机视为杠杆，根据杠杆平衡条件，当起重臂长度（阻力臂）增加，在阻力和动力臂不变时，为保持平衡，平衡重物的重力（动力）需增大，因此其质量应越大。
2. 第(2)问：根据滑轮轴是否固定判断滑轮类型，滑轮a轴固定不动，属于定滑轮；再确定滑轮组承重绳段数，利用$G=nF$计算最大物重，进而求出最大质量。
3. 第(3)问：重力做功的条件是物体在重力方向上移动距离，水平移动时重力不做功，利用$W=Gh$计算克服重力做功；钢丝绳做功为拉力做的功，先根据滑轮组特点求出拉力和绳子移动距离，再用$W=Fs$计算。
4. 第(4)问：先确定滑轮组承重绳段数，算出绳子自由端移动距离，利用$W=Fs$求出拉力做的总功，再根据功率公式$P=\frac{W}{t}$计算拉力做功的功率。
【解析】
(1) 根据杠杆的平衡条件$G_{配重}×l_{左}=F_{右}×l_{右}$，$l_{左}$、$F_{右}$不变，起重臂长度越长即$l_{右}$越大，则$G_{配重}$需要越大，由$m_{配重}=\frac{G_{配重}}{g}$可知，配备的平衡重物的质量应越大。
(2) 滑轮a的轴固定不动，属于定滑轮；由图乙可知，滑轮组承重绳子段数$n=2$，动滑轮重、绳重及摩擦不计，能吊起货物的最大重力$G_{大}=nF_{大}=2×3×10^{4}\ \mathrm{N}=6×10^{4}\ \mathrm{N}$，则最大质量$m_{大}=\frac{G_{大}}{g}=\frac{6×10^{4}\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}}=6×10^{3}\ \mathrm{kg}$。
(3) 货物沿水平方向移动时，重力方向无距离移动，仅竖直提升时克服重力做功：$W_{重}=Gh=1.2×10^{4}\ \mathrm{N}×30\ \mathrm{m}=3.6×10^{5}\ \mathrm{J}$；钢丝绳拉力$F_{绳}=\frac{1}{2}G=\frac{1}{2}×1.2×10^{4}\ \mathrm{N}=6×10^{3}\ \mathrm{N}$，绳子自由端移动距离$s=nh=2×30\ \mathrm{m}=60\ \mathrm{m}$，钢丝绳做功$W_{绳}=F_{绳}s=6×10^{3}\ \mathrm{N}×60\ \mathrm{m}=3.6×10^{5}\ \mathrm{J}$。
(4) 图丙中滑轮组承重绳子段数$n'=2$，绳子自由端移动距离$s'=n'h'=2×0.5\ \mathrm{m}=1\ \mathrm{m}$，拉力做的总功$W'=Fs'=5000\ \mathrm{N}×1\ \mathrm{m}=5000\ \mathrm{J}$，拉力做功的功率$P=\frac{W'}{t}=\frac{5000\ \mathrm{J}}{5\ \mathrm{s}}=1000\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) 大
(2) 定滑轮；$6×10^{3}$
(3) $3.6×10^{5}$；$3.6×10^{5}$
(4) $1000\ \mathrm{W}$
【知识点】
杠杆平衡条件、滑轮组相关计算、功与功率的计算
【点评】
本题综合考查了杠杆、滑轮、功和功率的核心知识点，需要熟练掌握各物理量的计算公式，明确重力做功的条件以及滑轮组中绳子段数的判断方法，对知识的综合应用能力有一定要求。
【难度系数】
0.6

1. (多选)某人用100 N的力提起了350 N的重物,那么他可能使用了()。

A.一个定滑轮
B.一个动滑轮
C.两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组
D.一支杠杆

1.CD　[解析]用100N的力提起350N的重物，应使用省力机械。定滑轮不能省力，选项A错误；一个动滑轮，理想情况下能省一半的力，提起350N的重物，拉力$F=\frac{G}{n}=\frac{350}{2}=175\ \mathrm{N}＞100\ \mathrm{N}$，选项B错误；两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组，绕线如图答12−9所示，若不计绳重和摩擦阻力，当$n = 4$时，拉力$F=\frac{1}{4}(G+G_{动})=\frac{1}{4}(350\ \mathrm{N}+G_{动})$，当$n = 5$时，拉力$F=\frac{1}{5}(G+G_{动})=\frac{1}{5}(350\ \mathrm{N}+G_{动})$，当摩擦阻力较小，且采用自重较小的动滑轮时，可以用100N的力将350N的重物提起，选项C符合题意；根据杠杆平衡条件$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$可得$\frac{l_{1}}{l_{2}}=\frac{G}{F}=\frac{350}{100}=3.5$，当采用的杠杆的动力臂大于等于阻力臂的3.5倍时，可以用100N的力提起350N的重物，选项D符合题意。
　　　　　　
　　　　　　　　图答12−9

【分析】
要解决这道题，核心思路是结合各简单机械的省力特性，通过计算或原理推导，判断每个选项中的机械能否用100N的力提起350N的重物：
1. 先明确定滑轮不省力的特点，直接排除不符合的选项；
2. 动滑轮省一半力，通过计算理想情况下的拉力，对比100N判断可行性；
3. 滑轮组的省力程度与承担物重的绳子段数有关，结合两个定滑轮和两个动滑轮的绕线方式，计算拉力范围验证是否可行；
4. 利用杠杆平衡条件，推导动力臂与阻力臂的关系，判断是否存在满足条件的杠杆。
【解析】
1. 选项A：定滑轮只能改变力的方向，不能省力，因此用100N的力无法提起350N的重物，A错误。
2. 选项B：一个动滑轮在理想情况下（不计绳重、摩擦和动滑轮自重），能省一半的力，此时拉力$F=\frac{G}{2}=\frac{350\ \mathrm{N}}{2}=175\ \mathrm{N}$，$175\ \mathrm{N}＞100\ \mathrm{N}$，实际情况中拉力会更大，无法提起重物，B错误。
3. 选项C：两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组，最多可由5段绳子承担物重（$n=5$）。不计绳重和摩擦时，拉力$F=\frac{1}{n}(G+G_{动})$，当$F=100\ \mathrm{N}$时，$G_{动}=nF-G=5×100\ \mathrm{N}-350\ \mathrm{N}=150\ \mathrm{N}$，现实中存在自重较小的动滑轮，且摩擦阻力较小时，拉力可以为100N，能够提起350N的重物，C正确。
4. 选项D：根据杠杆平衡条件$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$，可得$\frac{l_{1}}{l_{2}}=\frac{G}{F}=\frac{350\ \mathrm{N}}{100\ \mathrm{N}}=3.5$，即当杠杆的动力臂大于等于阻力臂的3.5倍时，用100N的力就能提起350N的重物，D正确。
【答案】
CD
【知识点】
滑轮的省力特点、杠杆平衡条件、滑轮组省力分析
【点评】
本题考查常见简单机械的省力原理，解题时需结合各机械的工作特点，通过公式计算或逻辑推导判断可行性，同时要注意区分理想情况与实际情况（如滑轮组需考虑动滑轮自重），对学生的基础知识掌握和分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.4